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CIENCIA. La ciencia de los tsunamis causados por deslizamientos de tierras

 

Ennegrecida por el barro arrancado del fondo del puerto, la primera ola del tsunami que asoló Japón en 2011 desborda un muro de contención en la localidad de Miyako y arrastra a su paso vehículos y barcos. Las medidas preventivas de Japón fueron insuficientes contra unas olas mucho más altas de lo que habían pronosticado los científicos. Foto: Jiji Press / AFP / Getty Images 

La palabra "tsunami" recuerda inmediatamente los estragos que pueden causar estas olas excepcionalmente poderosas. Los tsunamis de los que escuchamos con mayor frecuencia son causados ​​por terremotos submarinos, y las olas que generan pueden viajar a velocidades de hasta 250 millas por hora y alcanzar decenas de metros de altura cuando tocan tierra y rompen. Pueden causar inundaciones masivas y una devastación rápida y generalizada en las zonas costeras, como sucedió en el sudeste asiático en 2004 y en Japón en 2011.

Pero los tsunamis importantes también pueden ser causados ​​por otros eventos. El colapso parcial del volcán Anak Krakatau en Indonesia en 2018 provocó un tsunami que mató a más de 400 personas. Los grandes deslizamientos de tierra, que envían inmensas cantidades de escombros al mar, también pueden provocar tsunamis. Naturalmente, a los científicos les gustaría saber cómo y en qué medida podrían predecir las características de los tsunamis en diversas circunstancias.

La mayoría de los modelos de tsunamis generados por deslizamientos de tierra se basan en la idea de que el tamaño y la potencia de un tsunami están determinados por el grosor o profundidad del deslizamiento de tierra y la velocidad del "frente" cuando se encuentra con el agua. 

En un artículo titulado "Regímenes no lineales de olas de tsunami generadas por un colapso granular", publicado en línea en el  Journal of Fluid Mechanics , el ingeniero mecánico de UC Santa Bárbara Alban Sauret y sus colegas, Wladimir Sarlin, Cyprien Morize y Philippe Gondret en Fluids, Automation y el Laboratorio de Sistemas Térmicos (FAST) de la Universidad de Paris-Saclay y el Centro Nacional Francés de Investigaciones Científicas (CNRS), arrojaron más luz sobre el tema. (El artículo también aparecerá en la edición impresa de la revista del 25 de julio).

Más de 1.500 personas murieron el pasado mes de marzo en Rikuzentakata, una de las muchas ciudades arrasadas por el tsunami. «A medida que los edificios quedaban destruidos, una densa humareda negra y polvorienta se iba levantando –declaró uno de los supervivientes a un periodista de la cadena de televisión Al-Jazeera–. Después, el tsunami se tragó el humo.». Foto: Tamon Suzuki


Este es el último de una serie de artículos que el equipo ha publicado sobre los caudales ambientales y, en particular, sobre las olas de tsunami generadas por deslizamientos de tierra. A principios de este año, mostraron que la velocidad de un colapso, es decir, la velocidad a la que viaja el deslizamiento de tierra cuando entra al agua, controla la amplitud o tamaño vertical de la ola.

En sus experimentos más recientes, los investigadores midieron cuidadosamente el volumen del material granular, que luego liberaron, haciendo que colapsara como lo haría un acantilado, en un canal largo y estrecho lleno de agua. Descubrieron que, si bien la densidad y el diámetro de los granos dentro de un deslizamiento de tierra tenían poco efecto sobre la amplitud de la onda, el volumen total de los granos y la profundidad del líquido desempeñaban papeles mucho más cruciales.


"Cuando los granos entran en el agua, actúan como un pistón, cuya fuerza horizontal gobierna la formación de la ola, incluida su amplitud en relación con la profundidad del agua", dijo Sauret. (Un desafío pendiente es comprender qué gobierna la velocidad del pistón). "Los experimentos también demostraron que si conocemos la geometría de la columna inicial [el material que fluye hacia el agua] antes de que colapse y la profundidad del agua donde aterriza, podemos predecir la amplitud de la onda ".


El equipo ahora puede agregar este elemento al modelo en evolución que han desarrollado para acoplar la dinámica del deslizamiento de tierra y la generación del tsunami. Un desafío particular es describir la transición de un deslizamiento de tierra seco inicial, cuando las partículas son separadas por aire, a un flujo granular bajo el agua, cuando el agua tiene un impacto importante en el movimiento de las partículas. A medida que eso ocurre, las fuerzas que actúan sobre los granos cambian drásticamente, afectando la velocidad a la que el frente de los granos que componen el deslizamiento de tierra ingresa al agua.

La falla que hay debajo del Puget Sound podría causar un gran terremoto en Seattle (aquí, visto desde un barco que navega sobre la falla). El tsunami podría llegar al frente marítimo en menos de diez minutos. Foto: John Stanmeyer


Actualmente, existe una gran brecha en las predicciones de tsunamis basadas en modelos simplificados que consideran la complejidad del campo (es decir, la geofísica) pero no capturan la física del deslizamiento de tierra cuando ingresa al agua. Los investigadores ahora están comparando los datos de su modelo con los datos recopilados de estudios de casos de la vida real para ver si se correlacionan bien y si algún elemento de campo podría influir en los resultados.

Fuente: Journal of Fluid Mechanics Volume 919 , 25 July 2021 , R6  DOI: https://doi.org/10.1017/jfm.2021.400

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